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La extracción es un proceso de separación física en el que uno o más componentes se eliminan de una corriente de líquido mediante una corriente de vapor. [1] En aplicaciones industriales, las corrientes de líquido y vapor pueden tener flujos en paralelo o en contracorriente. La extracción se lleva a cabo generalmente en una columna de relleno o de bandejas. [2]
El proceso de desprendimiento se basa en la transferencia de masa . La idea es crear condiciones favorables para que el componente A, que se encuentra en la fase líquida, pase a la fase de vapor. Esto implica una interfaz gas-líquido que A debe cruzar. La cantidad total de A que se ha movido a través de este límite se puede definir como el flujo de A, N A .
La extracción se lleva a cabo principalmente en torres de bandejas ( columnas de placas ) y columnas empacadas , y con menor frecuencia en torres de aspersión , columnas de burbujas y contactores centrífugos . [2]
Las torres con bandejas consisten en una columna vertical con líquido que fluye hacia adentro y hacia afuera por la parte inferior. La fase de vapor ingresa por la parte inferior de la columna y sale por la parte superior. Dentro de la columna hay bandejas o placas. Estas bandejas obligan al líquido a fluir de un lado a otro horizontalmente mientras el vapor burbujea a través de los orificios de las bandejas. El propósito de estas bandejas es aumentar la cantidad de área de contacto entre las fases líquida y de vapor.
Las columnas de relleno son similares a las columnas de bandejas en el sentido de que los flujos de líquido y vapor entran y salen de la misma manera. La diferencia es que en las columnas de relleno no hay bandejas. En su lugar, se utilizan rellenos para aumentar el área de contacto entre las fases líquida y de vapor. Se utilizan muchos tipos diferentes de relleno y cada uno tiene ventajas y desventajas.
Las variables y consideraciones de diseño para los despojadores son muchas. Entre ellas están las condiciones de entrada, el grado de recuperación del soluto necesario, la elección del agente despojador y su flujo, las condiciones de operación, el número de etapas, los efectos del calor y el tipo y tamaño del equipo. [2]
El grado de recuperación suele estar determinado por las regulaciones medioambientales, como en el caso de los compuestos orgánicos volátiles como el cloroformo .
Con frecuencia, se utilizan vapor , aire, gases inertes y gases de hidrocarburos como agentes de desoxidación. Esto se basa en la solubilidad , la estabilidad, el grado de corrosividad , el costo y la disponibilidad. Como los agentes de desoxidación son gases, se desea un funcionamiento a casi la temperatura más alta y la presión más baja que mantendrá los componentes y no vaporizará la corriente de alimentación líquida. Esto permite minimizar el flujo. Al igual que con todas las demás variables, minimizar el costo y lograr una separación eficiente es el objetivo final. [2]
El tamaño del equipo, y en particular la altura y el diámetro, son importantes para determinar la posibilidad de que se produzca una canalización del flujo que reduzca el área de contacto entre las corrientes de líquido y vapor. Si se sospecha que se está produciendo una canalización del flujo, a menudo es necesaria una placa de redistribución para, como indica el nombre, redistribuir el flujo de líquido de manera uniforme para restablecer un área de contacto mayor.
Como se mencionó anteriormente, los separadores pueden ser en bandejas o empaquetados. Las columnas empaquetadas, y particularmente cuando se utiliza empaquetado aleatorio, suelen ser las preferidas para columnas más pequeñas con un diámetro menor a 2 pies y una altura de empaquetado de no más de 20 pies. Las columnas empaquetadas también pueden ser ventajosas para fluidos corrosivos , fluidos con alta formación de espuma, cuando la velocidad del fluido es alta y cuando se desea una caída de presión particularmente baja. Los separadores en bandejas son ventajosos debido a la facilidad de diseño y escalado. El empaque estructurado se puede utilizar de manera similar a las bandejas a pesar de que posiblemente sea el mismo material que el empaque vertido (aleatorio). El uso de empaque estructurado es un método común para aumentar la capacidad de separación o para reemplazar bandejas dañadas. [2]
Los separadores en bandeja pueden tener bandejas de tamiz, válvula o tapa de burbuja, mientras que los separadores empaquetados pueden tener empaquetamiento estructurado o empaquetamiento aleatorio. [2] Las bandejas y el empaquetamiento se utilizan para aumentar el área de contacto sobre la cual puede ocurrir la transferencia de masa como dicta la teoría de transferencia de masa. El empaquetamiento puede tener material, área de superficie, área de flujo y caída de presión asociada variables. El empaquetamiento de la generación anterior incluye anillos de cerámica Raschig y sillas de Berl. Los materiales de empaquetamiento más comunes son los anillos Pall de metal y plástico , los anillos de Zbigniew Białecki de metal y plástico , [3] y las sillas de cerámica Intalox. Cada material de empaquetamiento de esta generación más nueva mejora el área de superficie, el área de flujo y/o la caída de presión asociada a lo largo del empaquetamiento. También es importante la capacidad del material de empaquetamiento de no apilarse sobre sí mismo. Si ocurre tal apilamiento, reduce drásticamente el área de superficie del material. El trabajo de diseño de celosía ha aumentado últimamente, lo que mejorará aún más estas características. [2]
Durante el funcionamiento, controlar la caída de presión en la columna puede ayudar a determinar el rendimiento del separador. Una caída de presión modificada durante un período de tiempo significativo puede ser una indicación de que es posible que sea necesario reemplazar o limpiar el empaque.
El desmonte se utiliza habitualmente en aplicaciones industriales para eliminar contaminantes nocivos de los flujos de desechos. Un ejemplo sería la eliminación de contaminantes TBT y PAH de los suelos de los puertos. [4] Los suelos se dragan del fondo de los puertos contaminados, se mezclan con agua para formar una suspensión y luego se desmontan con vapor. Luego, el suelo limpio y la mezcla de vapor rica en contaminantes se separan. Este proceso puede descontaminar los suelos casi por completo.
El vapor también se utiliza con frecuencia como agente de descontaminación para el tratamiento del agua . Los compuestos orgánicos volátiles son parcialmente solubles en agua y, debido a consideraciones y regulaciones ambientales, deben eliminarse de las aguas subterráneas , las aguas superficiales y las aguas residuales . [5] Estos compuestos pueden estar presentes debido a la actividad industrial, agrícola y comercial.